CS201604B1 - Polovodičové membránové tlakové čidlo pro kapalná a plynná prostředí - Google Patents

Description

Vynález se týká polovodičového membránového tlakového čidla pro kapalná a plynná prostředí.

Známá polovodičová membránová tlaková čidla používají k upevnění polovodičové křemíkové membrány základny z kovových materiálů, popřípadě pro zvláštní účely z materiálů skleněných. Nevýhodou základen ze skleněných materiálů je velmi náročná technologie výroby a malá odolnost proti působení tepelných a mechanických vlivů. Ž těchto důvodů se pro základnu používá převážně kovových materiálů, jejichž nevýhody spočívají v malé korozní odolnosti a velké teplotní dilataci. Spojení křemíkové membrány s kovovou základnou se provádí vodivým pájením. Toto spojení však vytváří galvanický článek, což vylučuje použití pro měření, kde je spoj ve styku s roztoky solí, kyselin nebo zásad. Proto u jiných provedení membránových tlakových čidel je křemíková membrána na základně připevněna nevodivě lepením nebo tmelením. Toto spojení nepříznivě ovlivňuje tepelnou stabilitu parametrů membránového tlakového čidla ve větším rozsahu teplot, omezuje dlouhodobou reprodukovatelnost vlastností čidla vlivem únavy a stárnutí spoje. Vnitřní pnutí ve spoji nepříznivě mechanicky namáhá křemíkovou membránu. Způsob spojení základny s polovodičovou membránou lepením a tmelením jez technologického hlediska výroby mimořádně náročné a pracné, protože musí být prováděno jako manuální a individuální operace.

Výše uvedené nedostatky jsou odstraněny polovodičovým membránovým tlakovým čidlem podle vynálezu, jehož podstatou je základna zhotovená z neporézní korundové keramiky, na kterou je připájena křemíková membrána pomocí eutektické slitiny zlato— křemík, popřípadě křemíková membrána opatřená dilatačním mezikroužkem, který snižuje případné nepříznivé vlivy základny.

Předností základny zhotovené z neporézní korundové keramiky podle vynálezu je její snadná výroba, dokonalá odolnost vůči působení prostředí s korozivním účinkem, vhodná tepelná dilatace a dobrá mechanická a tepelná odolnost. Spojení základny zhotovené z neporézní korundové keramiky s křemíkovou membránou podle vynálezu pomocí eutektické slitiny zlato—křemík je mechanicky pevné, hermeticky těsné, s velmi dobrou časovou stabilitou a je odolné vůči teplotním, změnám v širokém rozsahu teplot.

Na připojených výkresech jsou znázorněny dva příklady provedení polovodičového membránového' tlakového čidla podle vynálezu, kde na obr. 1 je znázorněno polovodičové membránové tlakové čidlo se základnou zho201604 tavenou z neporézní korundové keramiky s křemíkovou membránou připevněnou pomocí eutektické slitiny zlato—křemík. Na obr. 2 je znázorněno polovodičové membránové tlakové čidlo v provedení s dilatačním mezikroužkem.

Na přiloženém výkrese obr. 1 je znázorněno provedení polovodičového membránového tlakového čidla se základnou zhotovenou z neporézní korundové keramiky 1, na kterou je připevněna křemíková membrána 2 eutektickou slitinou zlato—křemík 3. Na obr. 2 je znázorněno upevnění křemíkové membrány 2 k základně zhotovené z neporézní korundové keramiky 1 pomocí dilatačního mezikroužku 4, který křemíkovou membránu 2 spojuje se základnou zhotovenou z neporézní korundové keramiky 1 eutektiekou slitinou zlato—křemík 3.

Polovodičové membránové tlakové čidlo podle vynálezu je zhotoveno ze základny z neporézní korundové keramiky 1, na kterou je v můstě spojení nanesena tenká zlatá vrstva o tloušťce dva až dvacet mikrometrů. Vyčíháním při teplotě v rozmezí 700 až 950 °C se dosáhne potřebné adheze zlaté vrstvy k základně zhotovené z neporézní korundové keramiky 1. Křemíková membrána 2 se připájí pomocí této zlaté vrstvy k základně zhotovené z neporézní korundové keramiky, čímž se v místě spojení vytvoří hermetický spoj pomocí eutektické slitiny zlato—křemík 3. Uvedené provedení podle vynálezu umožňuje taktéž použití dilatačního mezikroužku 4 vloženého mezi křemíkovou membránu 2 a základnu zhotovenou z neporézní korundové keramiky 1.

Dilatační mezikroužek 4 omezuje přenos pnutí ze základny z neporézní korundové keramiky 1 na křemíkovou membránu 2, které vzniká při mechanickém působení síly na základnu z neporézní korundové keramiky 1. Dilatační mezikroužek 4 omezuje i pnutí vzniklé v důsledku případných rozdílných tepelných roztažnosti použitých materiálů.

Při působení tlaku kapalného nebo plynného prostředí na křemíkovou membránu 2, připevněnou pomocí eutektické slitiny zlato— křemík 4 na základnu z neporézní korundové keramiky 1, dojde k prohnutí křemíkové membrány 2 a tím k její pružné deformaci, která je prostřednictvím piezorezistívního jevu převedena na analogový elektrický signál.

Claims (2)

1. Polovodičové membránové tlakové čidlo pro kapalná a plynná prostředí tvořené křemíkovou membránou hermeticky spojenou se základnou, vyznačené tím, že základna je zhotovena z neporézní korundové keramiky (1), na kterou je eutektiekou slitinou zlato—'křemík (3) připájena křemíková membrána (2).

2. Polovodičové membránové tlakové čidlo pro kapalná a plynná prostředí podle bodu 1, vyznačené tím, že mezi základnou zhotovenou z neporézní korundové keramiky (1) a křemíkovou membránou (2) je umístěn dilatační mezikroužek (4).